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期刊信息/Journal information
光学学报
光学学报

曹健林

月刊

0253-2239

aos@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号（上海800-211信箱）

光学学报/Journal Acta Optica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是国内外公开发行的光学学术刊物，反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和材料等。为我国光学科技人员与国内外同行进行学术交流、开展学术讨论以跟踪学科前沿和发展我国光学事业服务。
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    基于压缩感知的光载太赫兹通感系统分析

    王琎赵峰左延群段云飞...
    1-12页
    查看更多>>摘要：高速率通信与高精度感知是6G技术的关键。提出了一种基于压缩感知的光载太赫兹通感一体化系统，理论分析了基于压缩感知的通感一体化信号产生与接收原理。基于MATLAB和VPI联合仿真分析了一体化信号的通信与感知性能、通感一体化性能边界以及压缩感知算法对感知精度的影响。结果表明:16正交幅度调制(16QAM)-线性调频(LFM)信号可以实现32 Gbit/s的通信速率，且误码率低于前向纠错(FEC)软判决阈值2。4×10-2。在1 m无线链路中:当通信与感知信号的功率比值为7时，通信性能最佳，感知性能最差，此时误码率为0。0093，距离误差为4。12 cm;当通信与感知信号的功率比值为0。125时，感知性能最佳，通信性能最差，此时距离误差为0。413 cm，误码率为0。0633。在压缩感知仿真中，当数据压缩比为4且测量距离小于1。6 m时，距离误差均小于2 cm。同时数据量的压缩降低了对模数转化器的性能需求，为高性能通感一体化技术的实现提供了参考。

    光通信光载太赫兹通信通感一体化压缩感知6G技术

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    零填充双模光正交频分复用索引调制的三级分步检测算法

    王惠琴周伟煜唐崎涵王真...
    13-22页
    查看更多>>摘要：传统光正交频分复用索引调制(OOFDM-IM)有效改善了系统的误码性能，但大量静默子载波的存在造成了频谱资源的浪费，因此提出一种零填充双模光正交频分复用索引调制(ZDM-OOFDM-IM)系统。首先，ZDM-OOFDM-IM系统通过在激活子载波上加载两种不同模式的星座符号并保留静默子载波，而额外增加模式顺序索引，可获得更快的传输速率。其次，依据系统中的信号特征，将贪婪算法、对数似然检测算法和改进型K均值聚类算法(KMC++)相结合，提出一种基于KMC++的三级分步检测算法。实验结果表明，在误码率为3。8×10-3 的情况下，ZDM-OOFDM-IM系统在室内实现了3 m的传输。同时，相较于最大似然检测算法，所提检测算法有效降低了检测复杂度，而且获得了更优的误码性能。

    光通信索引调制分步检测K均值聚类实验验证

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    基于新型自适应平方根容积卡尔曼滤波的RSOP均衡算法

    翁国翔田清华王富田凤...
    23-29页
    查看更多>>摘要：针对相干光通信系统中，传统容积卡尔曼滤波(CKF)算法和平方根容积卡尔曼滤波(SCKF)算法对偏振态旋转(RSOP)均衡存在鲁棒性不足、泛化性弱等问题，提出了一种新型的自适应SCKF算法，以实现对RSOP的跟踪补偿。该算法通过引入平方根因子直接对过程噪声协方差矩阵的平方根进行自适应更新，避免了正定分解。同时引入残差判决检测机制，对当前时刻残差值与滑窗内残差均值进行比较，将比较结果作为是否进行自适应更新的判断条件，以提升算法运行速度。仿真结果表明，所提算法在RSOP方位角变化速率为40 Mrad/s时，误码率性能满足开销为7%的前向纠错阈值条件，且相对于CKF和SCKF算法，所提算法在不同调优参量初始值下均能稳定运行。所提算法能够快速跟踪补偿RSOP，即便在初始条件不理想的情况也能稳定运行，具有鲁棒性强的优点。

    光通信平方根容积卡尔曼滤波算法偏振复用偏振态旋转残差判决

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    双斜锥光纤布拉格光栅超声波传感装置

    李剑芝史宇承吉喆徐飞...
    30-39页
    查看更多>>摘要：为提高光纤布拉格光栅(FBG)在超声波探测中的灵敏度和复用能力，设计并实现一种基于聚能耦合效应的双斜锥FBG超声波传感装置。首先，利用锥聚能理论与有限元法，分析锥形结构对超声波的聚焦作用。其次，详细讨论双斜锥FBG的结构参数(斜锥锥角、底面直径、高度、倾斜度)对其聚能效果的影响，确定传感装置最优尺寸。最后，制作传感装置并测试其动态特性。结果表明，封装后的双斜锥FBG超声波传感装置在20～130 kHz工作频率范围内可有效提高FBG检测超声波灵敏度。当工作频率增加到50 kHz时，检测幅值提升了约21倍，且传感响应的线性度良好。设计的超声波传感装置可实现双端输出，具有复用性，可应用于钢轨、桥梁等长距离结构的健康监测。

    光纤光学光纤布拉格光栅双斜锥超声波传感器斜锥聚焦

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    利用局部受激散射激励提升紧凑型低成本BOTDR系统探测精度

    刘鑫煜陈理平陈玉明李拥政...
    40-49页
    查看更多>>摘要：提出一种利用局部受激布里渊散射(SBS)提升布里渊光时域反射(BOTDR)系统的检测精度的方法。实验中使用20 ns的泵浦脉冲，设置脉冲频率为40 kHz，在23℃温度下对1009 m待测光纤进行测量，然后设置脉冲频率为20 kHz，对2019 m待测光纤进行测量，比较不同电流下频移分布的均方根误差(RMSE)。使用50 ns的泵浦脉冲，设置脉冲频率为20 kHz，对2000 m待测光纤上前端和后端各50 m长度光纤水浴加热至50℃并进行测量。实验结果说明尽管发生的SBS会减小BOTDR系统的传感距离，但却能够在一定程度上提高温度/应变的探测精度。与传统BOTDR系统相比，所提系统利用局部SBS提高了BOTDR系统特定距离上的探测精度，使得紧凑型低成本BOTDR系统的工程实用性得以提高。

    光通信布里渊光时域反射自发布里渊散射受激布里渊散射检测精度

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    基于相变材料的低损耗可重构无阻塞光交换网络

    熊羽庭郭鹏星周佳豪侯维刚...
    50-57页
    查看更多>>摘要：提出一种以相变材料为基础的低损耗可重构无阻塞光交换网络架构。首先，设计基于低吸收损耗相变材料Sb2Se3与马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的2×2全光开关单元，通过光控Sb2Se3相变状态实现开关状态的切换。该单元无需外界持续的偏置电压即可保持开关状态，具有非易失性的特点，此外还能够降低功耗，减少芯片面积。基于此，通过Benes拓扑将2×2光开关与交叉波导级联，构建8×8无阻塞光交换网络。通过调整不同开关单元中Sb2Se3 的相变状态，实现8×8光交换网络中任意输入端口至输出端口的可重构光路交换。运用Ansys Lumerical仿真平台对所设计的2×2光开关及交叉波导结构进行仿真与优化，验证所提光交换网络的全连接无阻塞数据交换功能。仿真结果显示，所提2×2光开关的插入损耗和串扰噪声分别低于 0。072 dB和-55。66 dB，8×8 光交换网络的插入损耗和串扰噪声分别低于 0。500 dB和-45。00 dB。因此，所设计的低损耗性能优势的开关结构有助于实现大规模光子集成交换网络。

    集成光学光交换非易失性可重构性马赫-曾德尔干涉仪相变材料

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    空间望远镜中快摆镜摆动引起的投影畸变效应

    李龙王维曹智睿孟庆宇...
    58-65页
    查看更多>>摘要：为了提高大口径大视场空间望远镜中精密稳像系统在稳像过程中的稳像精度，本文对精密稳像系统中快摆镜(FSM)摆动引起的投影畸变效应进行了理论分析。从几何光学角度，采用光线追迹法建立了FSM摆动引起的像移计算模型，并从不同视场像点的位移中解析出投影畸变效应;以我国正在建设中的巡天空间望远镜为例，采用CODE V中的光线追迹结果进行交叉验证;根据这一模型，分析了对投影畸变效应可能产生影响的视场大小、FSM行程、FSM到焦面视场中心的距离等因素。结果表明:像移模型的计算精度很高，其计算结果与光线追迹计算结果误差不超过0。01 μm;视场大小、FSM行程和中心视场主光线的入射角是影响投影畸变大小的主要因素。本文建立的像移计算模型能够满足实际应用需求，对投影畸变影响因素的分析结果可以为精密稳像系统的设计提供参考依据。

    望远镜投影畸变光线追迹法齐次坐标变换法快摆镜精密稳像

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    基于多光谱数字图像相关的全场厚向应变测量

    赵华涛唐新桥陈振宁
    66-73页
    查看更多>>摘要：使用多光谱数字图像相关装置测量透明超弹性体的全场厚向应变。通过在透明试样前后表面预制2种荧光散斑，结合辅助棱镜与单个彩色相机的组合装置，在试样单侧实现了4个虚拟相机对厚度变化的同步观测。为了准确计算厚度变化，首先利用基于斯涅尔定律的折射畸变校正与4个虚拟相机的位置关系，重构并统一试样前后表面的形貌坐标;然后，利用逆距离加权插值方法，将任意受力状态下局部坐标系中的前后表面三维离散数据进行插值，生成均匀且对称分布的插值点，建立前后表面点的一一对应关系;最后，逐点计算厚向应变，确定全场厚度变化的分布。所提方法成功用于上转换荧光响应二硫交联聚氨酯(DSPU)弹性体的大变形拉伸实验。

    测量超弹性体透明材料全场厚向应变荧光散斑折射校正多光谱数字图像相关

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    多频锁相融合的复合材料无损检测方法

    魏延杰肖瑶
    74-84页
    查看更多>>摘要：红外锁相热波检测技术在单一的热波激励频率下仅能够检测到一定深度范围内的缺陷，当试样内部缺陷深度的跨度范围过大时，检测人员使用该技术易出现缺陷的漏检和误检。为了克服传统锁相热波检测技术中缺陷检测深度范围受限的缺点，提出了一种多频锁相融合方法。该方法首先根据锁相激励的理论解公式确定最优的热波激励频率和检测次数，再利用双路锁相相关及相位增强技术提取出不同频率下的相位图像，最后使用基于主成分分析的图像融合方法将所有相位图像重构为一幅融合图像。实验对含有不同深度和尺寸缺陷的玻璃纤维复合材料层压板进行检测，检测结果表明基于锁相热激励的多频融合方法相对于在单一热波激励频率下的检测能够扩大缺陷深度的可检测范围，检测图像的质量与其他传统的序列图像处理方法相比有较大的提升。

    无损检测锁相热像法复合材料相位图像多频融合

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    基于工业反光特征的高精度视觉SLAM方法

    郭朝杨泽任永杰孙岩标...
    85-96页
    查看更多>>摘要：针对现有基于自然特征的视觉即时定位与地图构建(SLAM)精度无法满足工业级高精度测量定位需求的问题，提出一种基于工业反光特征的高精度实时视觉SLAM方法，将工业摄影测量使用的高反光特征引入到非结构化工厂场景中，利用图优化理论来实现基于反光特征的实时高精度定位测量。先利用关键帧图像网络优化方法快速计算地图精确点坐标，再基于全局地图与辅助惯性里程计信息实时求解相机高精度六自由度位姿，最后将位姿测量结果与真值进行比较。实验结果表明，在缺少自然特征的场景中，反光特征的引入使得ORB-SLAM3算法的定位精度提高了74。5%。同时本文方法相较于采用反光特征的ORB-SLAM3、PnP算法在定位精度上平均提升了66。72%、12。93%。实验结果的绝对轨迹误差均小于 2 mm，平均误差为 1。5 mm，相对姿态误差则小于 0。03°，实现了非结构化工业环境下的高精度实时定位。

    测量反光特征关键帧图像网络优化全局信息辅助视觉惯性实时定位

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